安徽六安井下地震計與地表地震計觀測質量對比

石英杰 龍劍鋒 趙 楠

1）中國安徽 237000 安徽省六安市地震局

2）中國合肥 230031 安徽省地震局

0 引言

六安—霍山地區是安徽省歷史及現代地震較活躍的地區。該地區斷裂較發育，這些斷裂不僅控制了區域地質構造的發育，而且對當地地震活動有著重要的影響。歷史上，沿著NE向土地嶺—落兒嶺斷裂，1652年霍山6級地震發生在該斷裂與NW向梅山—龍河口斷裂交匯處，1917年霍山61/4級地震發生在該斷裂與NW向青山—曉天斷裂交匯處。1970年以來，ML≥3.0地震在土地嶺—落兒嶺斷裂及其與NW向其他斷裂交匯處也出現叢集現象。

為增強六安地區地震監測能力，在六安市區及霍邱縣安裝了GL-S60B型井下地震計。為研究該地震計在六安地區實際使用中的降噪效果，在使用同樣供電系統的情況下，將BBVS-60型地震計觀測數據與GL-S60B型井下地震計的進行對比，以期為今后井下地震計的安裝、維護、干擾排除等工作提供經驗。

1 GL-S60B型、BBVS-60型地震計對比

BBVS-60型寬頻帶地震計是北京港震儀器設備有限公司新研制的位移換能力平衡反饋寬頻帶地震計，它由3個獨立分向傳感器（1個垂直向、2個水平向）一體化安裝組成，內置電子反饋電路、控制電路、電源變換電路，噪聲水平低、動態范圍大，易安裝使用（趙楠等，2011）。

GL-S60B型地震計機結構穩定，高精度位移環能，電子反饋技術，閉環反饋后的等效自振周期為60 s，觀測頻帶為60 s—40 Hz，配有密封筒、底座等配件，適合于井下地震觀測。

2 觀測井基本數據對比

GL-S60B型井下地震計于2015年分別安裝于六安市地震臺和霍邱地震臺。六安市地震臺建設較早，位于六安市市區，周邊來往車流量較大，觀測井井深126 m，距公路約 100 m；霍邱地震臺位于霍邱宋店鄉鎮府內，靠近安徽省省道310公路，周邊觀測噪聲情況優于六安市地震臺，觀測井井深150 m，距公路約100 m（表1）。此次實驗分別在2個井下地震計井口架設地表地震計BBVS-60，與井下地震計間進行數據對比。為確保數據不受其他硬件條件的影響，2種地震計采取幾乎相同的觀測系統、相同的供電系統（裴曉等，2013）。

表1 觀測井基本數據Table 1 Information of observation wells

3 數據質量對比分析

在六安地震臺GL-S60B型井下地震計擺房內、霍邱地震臺GL-S60B型井下地震計井口1 m范圍內分別架設BBVS-60型地表地震計，地表地震計均運行1個月，由于白天井下地震計觀測井附近人為干擾因素較多，對地表地震計干擾較大，故挑選凌晨數據進行對比分析（裴曉等，2013）。

3.1 地脈動噪聲

臺基噪聲功率譜密度可用來評估地震臺站臺基背景噪聲，根據臺基背景噪聲在1—20 Hz 頻帶范圍的速度RMS 值來判定臺站噪聲水平，共分為5 類臺基（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ），其評估標準為（單位：m/s）

表2為六安地震臺、霍邱地震臺速度RMS 值。由表2可見，六安地震臺GL-S60B型井下地震計達到了Ⅱ類臺基噪聲水平；而霍邱地震臺臺則達到Ⅰ類臺基噪聲水平。二者RMS值相比于同位置的BBVS-60型地表地震計高出1至2個數量級。由此可見，井下地震計抗噪聲效果較理想。

表2 臺基背景噪聲在1—20 Hz 頻帶范圍的速度RMS值Table 2 The velocity RMS values of station background noise in the frequency band of 1 -20 Hz

3.2 有效觀測范圍

臺站有效觀測范圍反映了儀器性能指標確定后臺站環境干擾水平對記錄地震信號最大動態范圍的限制。由于臺站環境噪聲與地震信號的疊加，使得儀器達不到設計的動態范圍,只能達到有效測量的動態范圍。

計算結果見表3。從表3可見，井下地震計EW、NS向有效觀測范圍比地表地震計高出10%—20%，2個臺站相比，霍邱地震臺數據質量較高。

表3 有效觀測范圍Table 3 Effective observation range

3.3 背景噪聲功率譜

由背景噪聲功率譜對比結果可知（圖1）（韓成成等，2016），六安、霍邱地震臺井下地震計在高頻1—20Hz范圍內數據質量明顯優于地表地震計，在低頻范圍內的數據質量也略優于地表地震計。

圖1 地震計背景噪聲功率譜（a）霍邱地震臺GL-S60B地震計；（b）霍邱地震臺BBVS-60地震計；（c）六安地震臺GL-S60B地震計；（d）六安地震臺BBVS-60地震計Fig.1 Power spectral density of background noise

4 結論

通過對六安地區井下地震計、地表地震計觀測數據進行對比分析發現，GL-S60B型井下地震計的觀測數據質量整體優于BBVS-60型地表地震計，尤其對于1—20 Hz的高頻人為干擾，井下地震計數據質量明顯更有優勢，因此，六安地區新架設的井下地震計可提高當地地震監測質量。